基于动作捕捉技术的梨园戏虚拟现实数字化保护

以泉州梨园戏为研究对象,运用惯性动作捕捉技术来研究梨园戏的虚拟现实数字化保护.使用惯性动作捕捉技术获取梨园戏艺人的表演数据,然后在对动作捕捉数据进行优化和修正后,结合三维人物模型和建筑仿真模型,在Unity平台上实现梨园戏的虚拟现实三维数字化保护.在使用HTC Vive虚拟现实头盔后,可以实现360度沉浸式浏览.实验表明,使用惯性动作捕捉技术可以实现对梨园戏的虚拟现实数字化保护.

椎弓根进钉通道数字化分析研究

脊柱椎弓根内固定技术是恢复脊柱形态和功能的重要手段,如何安全有效地植入螺钉一直是临床应用研究十分关注的课题,本文将医学影像和医学三维重建技术与逆向工程技术结合,通过获取CT连续断层图像,重建椎骨三维数字解剖表面模型,应用逆向工程技术对三维数字解剖模型进行数字化三维定量分析与设计,探索建立定位、定量研究椎弓根进钉通道的方法,从椎骨整体三维空间上获得准确的进钉通道数据。

腰椎椎弓根通道不同外偏角方向变化规律的数字解剖学研究

目的：探讨腰椎椎弓根在0°头尾偏角和不同外偏角方向通道的变化规律。方法：1例健康成人腰椎CT连续扫描数据集，应用Mimics8．11三维重建腰椎数字解剖模型，将腰椎数字模型导人Surface10．0，确定椎骨正中矢状切面和经椎弓根中部水平面为0°正交平面，0°水平面为0°头尾偏角参考平面，正中矢状切面为0°内外偏角参考平面，确定左右椎弓根各个方向通道的正投影，获得椎弓根通道的正投影内边界及内边界内、外切圆，获得内切圆在正投影方向经椎板、椎弓根与椎体的通道长度及各内、外切圆圆心坐标值、半径大小，对获取相关数据进行定量分析与可视化显示。结果：L1-5左右椎弓根通道在0°头尾偏角和不同外偏角方向正投影区内边界的内切圆半径随外偏角的增大逐渐增大而后又逐渐减小，其中最大半径值对应的角度方向为最佳角度方向，外切圆半径没有明显变化；L1-5左右椎弓根通道正投影区内边界内切圆通道长度随外偏角的增大呈逐渐增大趋势。结论：腰椎椎弓根通道大小是随外偏角方向不同而不同的连续的动态变化过程，应用数字技术可以获得其通道大小连续的动态的变化规律，临床应用选择合适直径、长度大小的螺钉及确定最佳进钉方向需要依循这一规律。

数字化制造技术在外科中的应用

随着计算机技术和信息技术的发展．数字化制造技术的应用已逐渐渗透到科学领域的各个分支，伍制造业中的典型代表是计算机辅助设计（CAD）技术／计算机辅助制造（CAM）技术。CAD／CAM起源于20世纪中叶，我国在80年代后得到快速发展，回顾我国CAD／CAM技术的发展历程，在内容上，从CAD造型、设计，到CAM，到CAF，并出现了反向工程、快速原型等新的分支技术；

MRI导引下真空辅助乳腺病灶旋切活检技术的临床应用

目的探讨MRI导引下真空辅助旋切乳腺病灶活检技术的可行性。方法对45例患者共45个乳腺可疑病灶行MRI导引下真空辅助旋切活检。观察其技术成功率和术后并发症情况,并进行随访。结果在45个乳腺可疑病灶中,经MRI导引下真空辅助旋切活检43个(43/45,95.56%)病灶成功取样并获取病理学诊断,2个(2/45,4.44%)病灶未获取病理学诊断。穿刺操作用时(45.87±8.41)min。5个(5/45,11.11%)活检病理为恶性的病灶,均与术后病理结果相符;38个(38/45,84.44%)活检病理为良性的病灶,6个月后MRI随访均未见恶性表现。根据活检病理结果指导14例(14/45,31.11%)患者调整了治疗方案,其中5例(5/45,11.11%)恶性肿瘤患者得以早期确诊,9例(9/45,20.00%)疑似恶性的良性肿瘤患者避免了外科手术。45例患者活检术后均无感染及血肿等并发症发生。结论 MRI导引下真空辅助旋切乳腺病灶活检安全、有效地完成乳腺可疑病灶取样,对乳腺可疑病灶患者的临床治疗方案具有指导作用。

腰椎椎弓根通道不同头尾偏角方向变化规律的数字解剖学特点

目的:观察个体化腰椎椎弓根通道在外偏角不变而不同头尾偏角方向的变化规律。方法:实验于2005-09/2006-09在广东省医学生物力学重点实验室完成。选取1例健康成人腰椎CT连续扫描数据集,应用Mimics8.11三维重建腰椎数字解剖模型,将腰椎数字模型导入Surface10.0,获得椎弓根通道的正投影区内边界及其正投影区内边界内、外切圆,获得内切圆经椎板、椎弓根与椎体的通道长度,获取各内、外切圆半径大小,对获取相关数据进行定量分析与椎弓根通道的可视化显示。结果:①内切圆半径:L1～5左右椎弓根通道正投影区内切圆半径在设定头尾偏角大小范围内变化不明显,左侧内切圆半径分别为(3.01±0.02),(3.89±0.03),(4.13±0.04),(5.16±0.43),(5.37±0.73)mm,右侧分别为(3.49±0.03),(4.34±0.06),(4.55±0.13),(5.26±0.36),(5.27±0.83)mm。②外切圆半径:L1～5左右椎弓根通道正投影区外切圆半径在设定头尾偏角大小范围内变化不明显,左侧外切圆半径分别为(7.22±0.81),(7.96±0.43),(8.04±0.34),(8.15±0.21),(11.00±0.40)mm,右侧分别为(7.82±0.55),(8.03±0.26),(7.76±0.40),(7.81±0.29),(10.77±0.30)mm。③通道长度:L1～5左右椎弓根通道正投影区内切圆通道长度随头尾角度的增大呈逐渐增大而后又逐渐减小趋势,左侧通道长度分别为(40.49±6.73),(41.49±6.12),(42.02±7.55)(37.02±7.58),(38.87±10.37)mm,右侧分别为(38.08±6.33),(41.16±5.03),(42.01±6.53),(37.94±7.71),(37.66±4.32)mm。结论:腰椎椎弓根通道大小是随头尾偏角方向不同而不同的连续动态变化过程,应用数字技术可以获得其通道大小连续动态的变化规律,临床应用选择合适直径、长度大小的螺钉及确定最佳进钉方向需要依循这一规律。

基于中国数字人数据的心脏三维模型的重建

目的建立心脏三维模型,为心脏相关手术术前规划,以及虚拟现实环境下的手术培训,提供三维解剖依据。方法采用"中国数字人"数据心脏区域的连续断层,经过人工数据分割,导入Mimics软件进行心脏三维重建。结果成功重建心脏三维模型,重建的模型能以多结构、多彩色显示心脏各结构的空间位置以及毗邻关系。结论通过中国数字人数据可有效重建心脏三维模型。

中下颈椎椎弓根通道不同外偏角方向变化规律的数字解剖学研究

应用数字技术探讨中下颈椎椎弓根在头尾偏角不变而不同外偏角方向通道投影的变化规律．原始数据来源于1例健康成人头颈部的CT连续断层扫描数据集，将CT连续断层扫描数据导入Mimucs 8．11软件，三维重建颈椎数字解剖模型，然后将重建的结果以,stl格式保存，将椎骨数字模型导入Imageware 10．0软件进一步分析．三维重建得到C3-7数字模型，从不同方向观察各椎骨形态正常；得到C3-7，在不同外偏角方向椎弓根通道点云投影及其内边界、内切圆；模拟植入C3-7,各个节段不同外偏角方向最大螺钉．

胸椎椎弓根进钉通道随外偏角变化的数字解剖学研究

目的应用数字技术探讨胸椎椎弓根进钉通道不同外偏角方向的变化规律。方法健康成人胸椎CT连续扫描数据集,应用Mimics 10.01三维重建胸椎数字解剖模型,将模型导入UG Imageware12.0,确定椎骨正中矢状切面和经椎弓根中部水平面为0o正交平面,0o水平面为头尾偏角参考平面,正中矢状切面为水平面角参考平面,确定左右椎弓根各个方向进钉通道的正投影,获得椎弓根进钉通道的正投影内边界和内边界内切圆,以及内切圆在正投影方向经椎板、椎弓根与椎体的进钉通道长度和各内切圆半径,对获取的相关数据进行统计学分析和可视化显示。结果 (1)T2～T12内切圆半径:在节段之间T7最小,内切圆半径2.3～4.5mm;在角度之间,内切圆半径2.3～3.5mm,其中0o～20o内切圆半径分别为:左3.4～3.5mm,右3.3～3.5mm,相差0.1～0.2mm。进钉通道长度:在节段之间,通道长度26.9～47.8mm,T2最小,T9最大;在角度之间,通道长度23.1～53.2mm,其中0o～20o通道长度分别为:左23.1～39.7mm,右24.8～41.6mm。(2)胸椎椎弓根通道长度随着角度的增大而增大,内切圆半径的大小随着角度的增大先逐渐增大而后又逐渐减小。胸椎不同节段、不同水平面角的内切圆半径和通道长度各不相同,部分节段的内切圆半径和通道长度在左右侧别之间存在差异。结论 (1)椎弓根进钉通道是任意方向椎弓根内部三维空间正投影内边界在椎体与椎板之间的通道。它是一个动态的变化空间,一定范围内任意一个三维空间方向对应着一个椎弓根进钉通道,该椎弓根进钉通道对应着一个最大螺钉通道,该最大螺钉通道对应着最佳轴线和进钉点。(2)T2～T12左右侧0o～20o水平面角之间是内切圆半径相对较大而通道长度相对较短的区域,25o～40o则相反。

制造企业应用集成系统的解决方案

制造业的发展就是用先进(制造、信息、管理等综合)技术调整、改造,提升传统产业,即实现制造业信息化。传统制造业的改造和提升必须依靠企业信息化,而制造企业的信息化与EAI密不可分。

心血管介入虚拟手术力反馈技术

心血管介入虚拟手术技术可用于心血管介入手术的手术培训、手术导航、手术优化和手术评价等方面。本文介绍了心血管介入虚拟手术系统的结构组成,对国内外虚拟心血管介入手术的研究现状进行讨论,并详细分析了几款代表性产品的工作原理。通过对虚拟心血管介入手术系统中力反馈技术的关键技术开展研究,探讨了心血管介入虚拟手术技术的发展方向,从而提高心血管介入手术的手术训练效果和临床成功率。

虚拟手术中的力学变形和力觉感知

虚拟手术是培训医生的新兴的有效手段,在虚拟环境中利用视觉、听觉、触觉力觉多感知交互信息,学习和感知手术过程,其中触觉力觉是至关重要的和较难的技术,本文分析了触觉力觉技术在虚拟手术过程中的重要性以及国内外研究现状,对力学变形算法和力觉感知硬件设备的研制和应用进行了探讨。虚拟手术研究的进一步开展,将提高我国数字医学研究的水平。

CT增强扫描图像椎动脉和颈内动脉的三维重建研究

目的:探讨CT增强扫描图像在椎动脉、颈内动脉3D可视化技术中的应用。方法:1例经CT增强连续扫描检查的成人患者数据集,应用Mimics8.11对图像血管进行分割,三维重建椎动脉、颈内动脉颅内段数字图像。结果:椎动脉、颈内动脉颅内段三维重建数字图像清晰,能够准确的3D显示该血管解剖形态结构及其在颈椎、颅骨内的位置和毗邻关系。结论:三维重建图像可以提供复杂血管动态解剖,为临床诊断提供了直观的、数字化解剖参考。

核磁共振环境下六自由度穿刺定位机器人的研制

针对核磁共振环境下穿刺手术的定位难题,采用机器人串并联机构设计并运用气动驱动方式,研制出6自由度的穿刺定位机器人.结果表明,所研制的穿刺定位机器人能够满足穿刺机器人与核磁共振环境中结构和材料的兼容性,实现了核磁共振环境下穿刺手术的机器人定位.

数字技术精确定位椎板进钉区与方向轴的方法

目的应用数字技术探讨精确定位椎板进钉区与方向轴的方法。方法数据来源于一例健康志愿成年人头颈部CT连续扫描数据集，将CT连续断层扫描、dicom格式图像以三维体数据的形式导入Mimics 8．11软件，采用表面遮盖显示法进行三维表面重建颈椎数字解剖模型，然后将重建的结果以．stl格式保存，将C4模型导入Imageware 10．0软件进一步分析。结果通过三维重建得到C3-7数字模型，获得C4椎弓根在椎板表面的最大投影边界、安全区及其最佳中心轴入点位置。结论重建的图像可以提供各椎体的三维动态解剖，可以精确定位任意方向一定直径螺钉经椎弓根三维空间通道在椎板表面的最大投影边界、安全区及其最佳中心轴入点位置；同时可为虚拟手术和数字化手术的设计奠定良好基础。

虚拟手术实时物体碰撞检测和软组织变形研究

针对虚拟手术系统中实时碰撞检测和软组织变形的问题进行了研究。对于实时碰撞检测,使用了包围盒检测结合三角面片检测的方法来检测物体之间的碰撞,并且找到相互碰撞的两个三角面片。对于软组织变形,使用了一种基于胡克定律的弹簧质点模型来虚拟仿真变形,并提供了控制点移动的方法。采用优化虚拟手术中的物体碰撞检测方法,减少了不必要的计算和增强了系统的精确度;简化了软组织变形的算法,相对加快了有限元模型运算速度。对推动虚拟手术的发展具有积极的意义和作用。

测试新鲜猪股骨干钻削进给力

目的 采集新鲜猪股骨干不同骨质层和骨段的钻削进给力数据,为骨科虚拟现实手术系统钻削力反馈信号的输出提供依据。方法 改装万能材料试验机和手持可调速电钻（φ5.0 mm钻头）,构建生物骨骼钻削性能参数采集系统,分别以转速n =500,800,1 200 r/min和进给速度v=30,50,70 mm/min采集6具新鲜成熟猪股骨干162个标记点的钻削进给力f,分析其与相应组织和部位的关系。结果 新鲜猪股骨干同一标记点双侧骨皮质处进给力最大（fmax=103.63 ～142.59 N）,髓腔处最小（接近于0）,股骨干中段进给力（f4,5,6=124.69N）较两端（f1,2,3,7,8,9=121.84 N）大;当v=30 mm/min、n=1 200 r/min时,钻削进给力最小（fmin=106.04N）;当v=70 mm/min、n=500 r/min时,钻削进给力最大（fmax=139.84 N）。结论 改装的生物骨骼切削性能参数采集系统能有效采集生物骨骼的钻削进给力数据;骨骼钻削进给力与骨质的组织结构、电钻转速及进给速度有密切关系,其中骨质结构越密、电钻转速越小、进给速度越大,骨骼钻削进给力越大,反之越小。实验所获得新鲜猪股骨干钻削进给力数据及其变化趋势,可为虚拟骨科手术系统力反馈输出信号设置提供依据。

具有力反馈的心血管介入虚拟手术模拟器的研发

目前我国介入手术医生的总量远远不能满足冠心病患者的治疗需求,运用新的心血管介入手术训练手段来加快医生的培养显得尤为迫切,故开展心血管介入虚拟手术系统的研究有重要意义.针对心血管介入虚拟手术模拟器进行研发,对心血管介入虚拟手术力反馈模拟器进行总体设计,该文设计了心血管介入手术介入导丝、导管的运动功能、力反馈功能模块的机械结构与控制系统,设计了X光透视开关、造影剂注射剂量采集、球囊加压气压采集等辅助介入操作仿真模块.研究表明:集成的心血管介入手术模拟器系统满足医学培训的需要.

股骨远端骨折复位虚拟手术的研究

在骨科手术中,手术器械的定位非常关键,而引入工程的手段和方法可以大大提高手术定位的精度。对于股骨远端骨折,逆行交锁髓内钉和LISS是常用的方法,但其手术规划和手术过程均在二维X光下完成,三维对准困难,且为二维视野,不方便操作。以股骨远端骨折手术为例,利用Mimics软件进行了股骨三维模型的重建,利用UG软件和逆向工程的方法对逆行交锁髓内钉和LISS的器械进行三维造型并模拟了在骨折复位后股骨模型上进行手术的过程,可用于手术培训和规划。还结合虚拟现实技术,展望了股骨远端骨折虚拟手术的发展趋势和方向。

微创人工耳蜗手术导航匹配算法研究

微创人工耳蜗通道(Minimal Cochlear Access,MCA)是一种直接从颞骨的表面向内耳钻出隧道,然后在内耳植入耳蜗电极的手术治疗方式.相比于传统开放的耳蜗植入手术,MCA具有创伤小、耗时少、快速恢复及较少的并发症等优点.该手术的主要难点是要获取足够的精度,通常小于0.50 mm.该文对基于基准标志物的光学导航系统(Landmark-Based Optical Navigation System,LONS)的定量精度进行研究,通过不同的表面配准算法来获得稳定的精度.结果表明:在相同初始化条件下,颞骨模型匹配的目标配准误差(Target Registration Error,TRE)最小值为(0.16±0.01)mm.